Революция в электронике: новое явление позволит устройствам тратить меньше энергии

Они опубликовали статью об открытии в научном журнале Physical Review Letters.

Традиционный эффект Холла, открытый Эдвином Холлом в Университете Джонса Хопкинса в 1879 году, описывает, как электрический ток отклоняется в сторону под воздействием внешнего магнитного поля, создавая измеряемое напряжение. Этот эффект играет решающую роль в таких технологиях, как датчики скорости транспортных средств и детекторы движения смартфонов.

Команда из Университета штата Колорадо вместе с коллегами из Университета Джонса Хопкинса обнаружили доказательства нового свойства, названного "массой Холла", в классе сложных магнитных материалов, известных как неколлинеарные антиферромагнетики. В их исследовании основной акцент сделан не на электрический заряд, а на спин — момент внутреннего импульса частиц при вращении относительно центра массы.

В отличие от более привычных магнитов, где спины выстраиваются параллельно или антипараллельно, спины в этих материалах идут в разных направлениях, но все равно в сумме дают нулевую чистую намагниченность. Это уникальное явление позволяет по-новому взглянуть на эффект Холла, где не только электрические заряды, но и спиновые токи могут течь под прямым углом.

"Представьте, что вы толкаете спиновый ток в одном направлении и получаете второй спиновый ток, идущий вбок. Это отличительная черта эффекта Холла", — объяснил аспирант Люк Вернерт.

Причина, по которой этот новый эффект, управляемый "массой Холла", проявляется только в неколлинеарных антиферромагнетиках, заключается в том, что у них есть три степени свободы, описывающие ориентацию спина. В итоге возникают три ответвления спиновых волн (колебаний спинов), две из которых распространяются по сторонам.

Поскольку спиновые токи производят гораздо меньше тепла, чем электрические токи, их использование может произвести революцию в современной электронике. Это свойство лежит в основе быстрорастущей области — "спинтроники", которая стремится создавать устройства, такие как магнитные хранилища (магниторезистивная память с произвольным доступом, MRAM). Они должны быть более энергоэффективны и устойчивы к повреждению данных внешними магнитными полями.

В обычных магнитных материалах блуждающее магнитное поле иногда может стереть сохраненную информацию, а неколлинеарные антиферромагнетики гораздо менее восприимчивы к таким помехам, что делает их потенциально более безопасными для хранения и обработки данных. В целом, открытие этого нового эффекта Холла и связанной с ним массы Холла открывает новое направление в физике конденсированных сред и может направить развитие технологий следующего поколения, работающих на спинах.